光纖通信復(fù)習(xí)資料必看

1、 復(fù)習(xí)提綱 第一章知識(shí)點(diǎn)小結(jié)：1. 什么是光纖通信？ 3、光纖通信和電通信的區(qū)別。2. 基本光纖通信系統(tǒng)的組成和各部分作用。第二章知識(shí)點(diǎn)小結(jié) 1、光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件（對(duì)光纖結(jié)構(gòu)的要求）。2、突變多模光纖數(shù)值孔徑的概念及計(jì)算。 3、弱導(dǎo)波光纖的概念。4、相對(duì)折射率指數(shù)差的定義及計(jì)算。 5、突變多模光纖的時(shí)間延遲。6、漸變型多模光纖自聚焦效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。 7、歸一化頻率的表達(dá)式。8、突變光纖和平方律漸變光纖傳輸模數(shù)量的計(jì)算。第三章知識(shí)點(diǎn)小結(jié)1、纖通信中常用的半導(dǎo)體激光器的種類。 2、半導(dǎo)體激光器的主要由哪三個(gè)部分組成？3、電子吸收或輻射光子所要滿足的波爾條件。 4、什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布？

2、5、理解半導(dǎo)體激光產(chǎn)生激光的機(jī)理和過(guò)程。 6、靜態(tài)單縱模激光器。7、半導(dǎo)體激光器的溫度特性。 8、DFB激光器的優(yōu)點(diǎn)。9、LD與LED的主要區(qū)別 10、常用光電檢測(cè)器的種類。11、光電二極管的工作原理。 12、PIN和APD的主要特點(diǎn)。13、耦合器的功能。 14、光耦合器的結(jié)構(gòu)種類。15、什么是耦合比？ 16、什么是附加損耗？17、光隔離器的結(jié)構(gòu)和工作原理。第四章知識(shí)點(diǎn)小結(jié)1、數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖。 2、光電延遲和張馳振蕩。3、激光器為什么要采用自動(dòng)溫度控 4、數(shù)字光接收機(jī)的方框圖。5、光接收機(jī)對(duì)光檢測(cè)器的要求。 6、什么是靈敏度？7、什么是誤碼和誤碼率？ 8、什么是動(dòng)態(tài)范圍？9、數(shù)字光纖通信

3、讀線路碼型的要求。 10、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中常用的碼型種類。第五章知識(shí)點(diǎn)小結(jié)1、SDH的優(yōu)點(diǎn)。 2、SDH傳輸網(wǎng)的主要組成設(shè)備。3、SDH的幀結(jié)構(gòu)（STM-1）。 4、SDH的復(fù)用原理。5、三種誤碼率參數(shù)的概念。 6、可靠性及其表示方法。7、損耗對(duì)中繼距離限制的計(jì)算。 8、色散對(duì)中繼距離限制的計(jì)算。第七章點(diǎn)知識(shí)小結(jié)1、光放大器的種類 2、摻鉺光纖放大器的工作原理3、摻鉺光纖放大器的構(gòu)成方框圖 4、什么WDM？5、光交換技術(shù)的方式 6、什么是光孤子？7、光孤子的產(chǎn)生機(jī)理 8、相干光通信信號(hào)調(diào)制的方式9、相干光通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)光纖通信復(fù)習(xí)第一章1.什么是光纖通信？光纖通信，是指利用光纖來(lái)傳輸光波信號(hào)

4、的一種通信方式2.光纖通信和電通信的區(qū)別。（1）電通信的載波是電波，光纖通信的載波是光波。（2）電通信用電纜傳輸信號(hào)，光通信用光纖傳輸信號(hào)。光纜具有比電纜更小的高頻率傳輸損耗3.基本光纖通信系統(tǒng)的組成和各部分作用?；竟饫w傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光纖線路和光接收機(jī)三個(gè)部分組成1.光發(fā)射機(jī)功能：是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線路。核心：光源。要求光源輸出光功率足夠大，調(diào)制頻率足夠高，譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長(zhǎng)穩(wěn)定，器件壽命長(zhǎng)。2. 光纖線路功能：把來(lái)自光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線路由光纖、光纖接頭和光纖連

5、接器組成。光纖線路的性能主要由纜內(nèi)光纖的傳輸特性決定。3. 光接收機(jī)功能：把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)。核心：光檢測(cè)器。對(duì)光檢測(cè)器的要求是響應(yīng)度高、噪聲低和響應(yīng)速度快。光接收機(jī)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過(guò)程，是通過(guò)光檢測(cè)器的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的。檢測(cè)方式有直接檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種。第二章1、光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件。設(shè)折射率，纖芯為n1；包層為n2,則光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1>n2。2、突變多模光纖數(shù)值孔徑的概念及計(jì)算。1. 突變型多模光纖(全反射導(dǎo)光) (1)相對(duì)折射率指數(shù)差（纖芯和包層折射率分別為n1和n2） 定義： 弱

6、導(dǎo)波光纖中n1和n2相差很少，則 n1+n2 =2 n1所以有：定義臨界角c的正弦為數(shù)值孔徑(Numerical Aperture, NA)。根據(jù)定義和斯奈爾定律設(shè)=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或c=12.2°。 NA表示光纖接收和傳輸光的能力。1）NA越大，纖芯對(duì)光能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好。2）NA越大 經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號(hào)畸變?cè)酱?、弱導(dǎo)波光纖的概念。纖芯折射率為n1保持不變，到包層突然變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a=5080 m，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變大。帶寬只有1020 MHz·km，一般用于小容量（8 M

7、b/s以下）短距離（幾km以內(nèi)）系統(tǒng)。 4、相對(duì)折射率指數(shù)差的定義及計(jì)算。參考25、突變多模光纖的時(shí)間延遲?，F(xiàn)在我們來(lái)觀察光線在光纖中的傳播時(shí)間。根據(jù)圖2.4，入射角為的光線在長(zhǎng)度為L(zhǎng)(ox)的光纖中傳輸，所經(jīng)歷的路程為l(oy)， 在不大的條件下，其傳播時(shí)間即時(shí)間延遲為式中c為真空中的光速。由式(2.4)得到最大入射角(=c)和最小入射角(=0)的光線之間時(shí)間延遲差近似為 6、漸變型多模光纖自聚焦效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。漸變型多模光纖的光線軌跡是傳輸距離z的正弦函數(shù)，對(duì)于確定的光纖，其幅度的大小取決于入射角0， 其周期=2/A=2a/ ， 取決于光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)(a, )， 而與入射角0無(wú)關(guān)。這說(shuō)明不

8、同入射角相應(yīng)的光線，雖然經(jīng)歷的路程不同，但是最終都會(huì)聚在P點(diǎn)上，這種現(xiàn)象稱為自聚焦(SelfFocusing)效應(yīng)。 漸變型多模光纖具有自聚焦效應(yīng)，不僅不同入射角相應(yīng)的光線會(huì)聚在同一點(diǎn)上，而且這些光線的時(shí)間延遲也近似相等。這是因?yàn)?1)光線傳播速度v(r)=c/n(r)(c為光速)，入射角大的光線經(jīng)歷的路程較長(zhǎng)，但大部分路程遠(yuǎn)離中心軸線，n(r)較小，傳播速度較快，補(bǔ)償了較長(zhǎng)的路程。(2)入射角小的光線情況正相反，其路程較短，但速度較慢。所以這些光線的時(shí)間延遲近似相等。 7、突變光纖和平方律漸變光纖傳輸模數(shù)量的計(jì)算。對(duì)于突變型光纖，g，M=V2/2； 對(duì)于平方律漸變型光纖，g=2，M=V2/4

9、。 8、歸一化頻率的表達(dá)式。 V= 見書22應(yīng)該沒有小于等于2.405的9、單模條件和截止波長(zhǎng)。單模傳輸條件為 V= 可以看到，對(duì)于給定的光纖(n1、n2和a確定)，存在一個(gè)臨界波長(zhǎng)c，當(dāng)<c時(shí)，是多模傳輸，當(dāng)>c時(shí)，是單模傳輸，這個(gè)臨界波長(zhǎng)c稱為截止波長(zhǎng)。由此得到10、三種色散的定義。模式色散是由于不同模式的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的， 它取決于光纖的折射率分布，并和光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性有關(guān)。材料色散是由于光纖的折射率隨波長(zhǎng)而改變，以及模式內(nèi)部不同波長(zhǎng)成分的光(實(shí)際光源不是純單色光)，其時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的。這種色散取決于光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性和光源的譜線寬度。 波導(dǎo)色散是由于波

10、導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)而產(chǎn)生的， 它取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯與包層的相對(duì)折射率差。 11、3dB帶寬的表達(dá)式及相關(guān)計(jì)算。（1）用脈沖展寬表示時(shí)， 光纖色散可以寫成 =(2n+2m+2w)1/2 式中n、m、w分別為模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散所引起的脈沖展寬的均方根值。 將歸一化頻率響應(yīng)|H(f)/H(0)|下降一半或減小3dB的頻率定義為光纖3dB光帶寬f3 dBf3 dB= 課本是441（分子）12、光纖損耗產(chǎn)生的機(jī)理。光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。 各種機(jī)理產(chǎn)生的損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系，這些機(jī)理包括吸收損耗和散射損耗兩部分。 （1）吸收損耗1）SiO2引起的固有吸收（本征損耗） 由電子

11、躍遷引起的紫外吸收；由分子振動(dòng)引起的紅外吸收 2）雜質(zhì)引起的吸收。 過(guò)渡金屬(例如Fe2+、Co2+、Cu2+)、氫氧根(OH-)離子（2）散射損耗 1）瑞利(Rayleigh)散射（本征損耗）主要由材料微觀密度不均勻引起，與波長(zhǎng)四次方成反比。2）由光纖結(jié)構(gòu)缺陷(如氣泡)引起的散射13、非零色散光纖。是一種改進(jìn)的色散移位光纖。在密集波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中，當(dāng)使用波長(zhǎng)1.55 m色散為零的色散移位光纖時(shí)，由于復(fù)用信道多，信道間隔小，出現(xiàn)了一種稱為四波混頻的非線性效應(yīng)。這種效應(yīng)是由兩個(gè)或三個(gè)波長(zhǎng)的傳輸光混合而產(chǎn)生的有害的頻率分量，它使信道間相互干擾。如果色散為零，四波混頻的干擾十分嚴(yán)重，如果有微

12、量色散，四波混頻反而減小。這種光纖在密集波分復(fù)用和孤子傳輸系統(tǒng)中使用，實(shí)現(xiàn)了超大容量超長(zhǎng)距離的通信14、光纜纜芯的結(jié)構(gòu)類型。保護(hù)光纖固有機(jī)械強(qiáng)度的方法，通常是采用塑料被覆和應(yīng)力篩選。光纜一般由纜芯和護(hù)套兩部分組成，光纜的傳輸特性取決于被覆光纖。 1.纜芯通常包括： 被覆光纖(或稱芯線) 加強(qiáng)件 通常用楊氏模量大的鋼絲或非金屬材料例如芳綸纖維(Kevlar)做成。 2. 護(hù)套 護(hù)套起著對(duì)纜芯的機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)作用，要求具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力纜芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，光纜可分為四種基本形式。（1）層絞式 把松套光纖繞在中心加強(qiáng)件周圍絞合而構(gòu)成，采用松套光纖的纜芯可以增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度，改

13、善溫度特性（2）骨架式 把緊套光纖或一次被覆光纖放入中心加強(qiáng)件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的纜芯抗側(cè)壓力性能好，有利于對(duì)光纖的保護(hù)。（3）中心束管式 把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)件配置在套管周圍而構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件同時(shí)起著護(hù)套的部分作用，有利于減輕光纜的重量。（4）帶狀式 把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi)， 形成中心束管式結(jié)構(gòu)，也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)， 形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。帶狀式纜芯有利于制造容納幾百根光纖的高密度光纜，這種光纜已廣泛應(yīng)用于接入網(wǎng)。 15、光纖特性參數(shù)的測(cè)量方法。（光纖的特性參數(shù)很多，基本上可分為幾何特性、光學(xué)特性和傳輸特性三類

14、。）每個(gè)特性參數(shù)有多種不同的測(cè)量方法基準(zhǔn)法：嚴(yán)格按照定義進(jìn)行測(cè)量的方法。替代法：在某種意義上與定義相一致的測(cè)量方法。當(dāng)兩者有爭(zhēng)議時(shí)，應(yīng)以基準(zhǔn)法為準(zhǔn)。光纖損耗測(cè)量有兩種基本方法：一種是測(cè)量通過(guò)光纖的傳輸光功率，稱剪斷法和插入法；另一種是測(cè)量光纖的后向散射光功率，稱后向散射法。 （看書）第三章1、光纖通信中常用的半導(dǎo)體激光器的種類。半導(dǎo)體激光二極管（LD） 發(fā)光二極管（LED） DFB 2、半導(dǎo)體激光器的主要由哪三個(gè)部分組成？激勵(lì)源、激光物質(zhì)和諧振腔3、電子吸收或輻射光子所要滿足的波爾條件。電子在低能級(jí)E1的基態(tài)和高能級(jí)E2的激發(fā)態(tài)之間的躍遷有三種基本方式：受激吸收 自發(fā)輻射 受激輻射電子在E1和

15、E2兩個(gè)能級(jí)之間躍遷，吸收的光子能量或輻射的光子能量都要滿足波爾條件， E2-E1=hf12 (3.1)式中，h=6.628×10-34J·s，為普朗克常數(shù)，f12為吸收或輻射的光子頻率。 4、什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布？設(shè)在單位物質(zhì)中，處于低能級(jí)E1和處于高能級(jí)E2(E2>E1)的原子數(shù)分別為N1和N2。當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，存在下面的分布：式中， k=1.381×10-23J/K，為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。由于(E2-E1)>0，T>0，所以在這種狀態(tài)下，總是N1>N2。吸收物質(zhì)：如果N1>N2，即受激吸收大于受激輻射。當(dāng)光通過(guò)

16、這種物質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)按指數(shù)衰減。激活物質(zhì)：如果N2>N1，即受激輻射大于受激吸收，當(dāng)光通過(guò)這種物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放大作用。N2>N1的分布，和正常狀態(tài)(N1>N2)的分布相反，所以稱為粒子(電子)數(shù)反轉(zhuǎn)分布。5、理解半導(dǎo)體激光產(chǎn)生激光的機(jī)理和過(guò)程。過(guò)程：由于限制層的帶隙比有源層寬，施加正向偏壓后，P層的空穴和N層的電子注入有源層。P層帶隙寬，對(duì)注入電子形成了勢(shì)壘， 注入到有源層的電子不可能擴(kuò)散到P層。同理，注入到有源層的空穴也不可能擴(kuò)散到N層。有源層的折射率比限制層高，產(chǎn)生的激光被限制在有源區(qū)內(nèi)。 書本52頁(yè)機(jī)理：半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生受激輻射，再

17、利用諧振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩。6、靜態(tài)單縱模激光器。隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加，縱模模數(shù)逐漸減少， 譜線寬度變窄。這種變化是由于諧振腔對(duì)光波頻率和方向的選擇，使邊模消失、主模增益增加而產(chǎn)生的。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流足夠大時(shí)，多縱模變?yōu)閱慰v模，這種激光器稱為靜態(tài)單縱模激光器。 7、半導(dǎo)體激光器的溫度特性。注：激光器輸出光功率隨溫度而變化有兩個(gè)原因： 一是激光器的閾值電流Ith隨溫度升高而增大，二是外微分量子效率d隨溫度升高而減小。溫度升高時(shí)，Ith增大，d減小， 輸出光功率明顯下降，達(dá)到一定溫度時(shí)，激光器就不激射了。當(dāng)以直流電流驅(qū)動(dòng)激光器時(shí)，閾值電流隨溫度的變化更加嚴(yán)重。當(dāng)對(duì)激光器進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，閾

18、值電流隨溫度呈指數(shù)變化。 8、DFB激光器的優(yōu)點(diǎn)。 單縱模激光器。 譜線窄， 波長(zhǎng)穩(wěn)定性好。 動(dòng)態(tài)譜線好。 線性好。廣泛用于模擬調(diào)制的有線電視光纖傳輸系統(tǒng)中。 想詳細(xì)點(diǎn)就看書（57）9、LD與LED的主要區(qū)別（課件只是兩點(diǎn)，可看課后小結(jié)）（1）LD發(fā)射的是受激輻射光，LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光。（2）LED不需要光學(xué)諧振腔， 沒有閾值。10、常用光電檢測(cè)器的種類。PIN光電二極管 雪崩光電二極管（APD）11、光電二極管的工作原理。光電二極管(PD)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能，是由半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。 （課本61）12、PIN和APD的主要特點(diǎn)。由于PN結(jié)耗盡層只有幾微米，大部分入射光

19、被中性區(qū)吸收， 因而光電轉(zhuǎn)換效率低，響應(yīng)速度慢。為改善器件的特性，在PN結(jié)中間設(shè)置一層摻雜濃度很低的本征半導(dǎo)體(稱為I)，這種結(jié)構(gòu)便是常用的PIN光電二極管。 隨著反向偏壓的增加，開始光電流基本保持不變。當(dāng)反向偏壓增加到一定數(shù)值時(shí)，光電流急劇增加，最后器件被擊穿，這個(gè)電壓稱為擊穿電壓UB。APD就是根據(jù)這種特性設(shè)計(jì)的器件參考課本66 有性能的比較，上面只是概念13、耦合器的功能。功能：把一個(gè)輸入的光信號(hào)分配給多個(gè)輸出，或把多個(gè)輸入的光信號(hào)組合成一個(gè)輸出。對(duì)光纖線路的影響：插入損耗，反射和串?dāng)_噪聲14、光耦合器的結(jié)構(gòu)種類。1）T形耦合器 功能是把一根光纖輸入的光信號(hào)按一定比例分配給兩根光纖，或把

20、兩根光纖輸入的光信號(hào)組合在一起，輸入一根光纖。主要用作不同分路比的功率分配器或功率組合器2）星形耦合器 功能是把n根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖， m和n不一定相等。這種耦合器通常用作多端功率分配器。 3）定向耦合器 其功能是分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘?hào)。定向耦合器可用作分路器，不能用作合路器。 4）波分復(fù)用器/解復(fù)用器 這是一種與波長(zhǎng)有關(guān)的耦合器，波分復(fù)用器的功能是把多個(gè)不同波長(zhǎng)的發(fā)射機(jī)輸出的光信號(hào)組合在一起，輸入到一根光纖；解復(fù)用器是把一根光纖輸出的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)， 分配給不同的接收機(jī)。15、什么是耦合比？是一個(gè)指定輸出端的光功率Poc和全部輸出端的光功率

21、總和的比值，用%表示。16、什么是附加損耗？由散射、吸收和器件缺陷產(chǎn)生的損耗，是全部輸入端的光功率總和Pit和全部輸出端的光功率總和Pot的比值，用分貝表示Le=10lg17、光隔離器的結(jié)構(gòu)和工作原理。（必考）隔離器就是一種非互易器件，其主要作用是只允許光波往一個(gè)方向上傳輸，阻止光波往其他方向特別是反方向傳輸。主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到該器件致使器件性能變壞。插入損耗和隔離度是隔離器的兩個(gè)主要參數(shù)，對(duì)正向入射光的插入損耗其值越小越好，對(duì)反向反射光的隔離度其值越大越好課本72第四章1、數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖。（必考）功能：把電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技

22、術(shù)有效注入光纖線路。數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖如圖4.2所示，主要有光源和電路兩部分。光源是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機(jī)的性能。電路的設(shè)計(jì)應(yīng)以光源為依據(jù)，使輸出光信號(hào)準(zhǔn)確反映輸入電信號(hào)。 課本792、光電延遲和張馳振蕩。輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個(gè)初始延遲時(shí)間，稱為電光延遲時(shí)間td，其數(shù)量級(jí)一般為ns。當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩， 稱為張弛振蕩，其振蕩頻率fr(=r/2)一般為0.52 GHz。張弛振蕩和電光延遲通信系統(tǒng)的影響（限制調(diào)制速率）： （1）當(dāng)最高調(diào)制頻率接近張弛振蕩頻率時(shí)，波形失真嚴(yán)重，會(huì)使光接收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因

23、此實(shí)際使用的最高調(diào)制頻率應(yīng)低于張弛振蕩頻率。 （2）電光延遲要產(chǎn)生碼型效應(yīng)。當(dāng)電光延遲時(shí)間td與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時(shí)間T/2為相同數(shù)量級(jí)時(shí)，會(huì)使“0”碼過(guò)后的第一個(gè)“1碼的脈沖寬度變窄，幅度減小，嚴(yán)重時(shí)可能使單個(gè)“”碼丟失， 這種現(xiàn)象稱為“碼型效應(yīng)”3、激光器為什么要采用自動(dòng)溫度控制？1）溫度升高，閾值電流增加，外微分量子效率減小，輸出光脈沖幅度下降。 2）由于激光器結(jié)區(qū)溫度的變化使得輸出光脈沖的形狀發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”，“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”將引起調(diào)制失真4、數(shù)字光接收機(jī)的方框圖。（必考）直接強(qiáng)度調(diào)制、直接檢測(cè)方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖4.14，主要包括光檢測(cè)器、前置放大器、主放

24、大器、均衡器、 時(shí)鐘提取電路、取樣判決器以及自動(dòng)增益控制(AGC)電路。 2）主放大器和AGC決定著光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍3）均衡器：目的是對(duì)放大器出來(lái)的已產(chǎn)生畸變(失真)的電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出信號(hào)的波形適合于判決，以消除碼間干擾，減小誤碼率。 4）再生電路：包括判決電路和時(shí)鐘提取電路，它的功能是從放大器輸出的信號(hào)與噪聲混合的波形中提取碼元時(shí)鐘，并逐個(gè)地對(duì)碼元波形進(jìn)行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流。時(shí)鐘提取的目的是為了實(shí)現(xiàn)收發(fā)同步。 5、光接收機(jī)對(duì)光檢測(cè)器的要求。光檢測(cè)器是光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，其性能特別是響應(yīng)度和噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度。對(duì)光檢測(cè)器的要求如下： (1) 波長(zhǎng)響應(yīng)要

25、和光纖低損耗窗口(0.85 m、 1.31 m和1.55 m)兼容； (2) 響應(yīng)度要高， 在一定的接收光功率下， 能產(chǎn)生最大的光電流； (3) 噪聲要盡可能低， 能接收極微弱的光信號(hào)； (4) 性能穩(wěn)定， 可靠性高， 壽命長(zhǎng)， 功耗和體積小。 目前，適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測(cè)器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。6、什么是靈敏度？靈敏度Pr： 在保證通信質(zhì)量(限定誤碼率或信噪比)的條件下， 光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率Pmin，并以dBm為單位。由定義得到Pr=10lg靈敏度表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，能夠接收微弱光信號(hào)的能力。提高靈敏度意味著能夠接收更微弱的光信號(hào)7、什

26、么是誤碼和誤碼率？誤碼：把發(fā)射的“0”碼誤判為“1”碼，或把“1”碼誤判為“0”碼。誤碼率：光接收機(jī)對(duì)碼元誤判的概率稱為誤碼率(在二元制的情況下，等于誤比特率，BER)， 用較長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)，在傳輸?shù)拇a流中，誤判的碼元數(shù)和接收的總碼元數(shù)的比值來(lái)表示8、什么是動(dòng)態(tài)范圍？動(dòng)態(tài)范圍(DR)的定義是：在限定的誤碼率條件下，光接收機(jī)所能承受的最大平均接收光功率Pmax和所需最小平均接收光功率Pmin的比值，用dB表示。根據(jù)定義DR=10lg動(dòng)態(tài)范圍是光接收機(jī)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)，它表示光接收機(jī)接收強(qiáng)光的能力，數(shù)字光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍一般應(yīng)大于15 dB。 由于使用條件不同，輸入光接收機(jī)的光信號(hào)大小要發(fā)生變化

27、，為實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍，采用AGC是十分有必要的。AGC一般采用直流運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于APD光接收機(jī)，AGC控制光檢測(cè)器的偏壓和放大器的輸出； 對(duì)于PIN光接收機(jī)，AGC只控制放大器的輸出。 9、數(shù)字光纖通信讀線路碼型的要求。在光纖通信系統(tǒng)中，從電端機(jī)輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖，因此必須進(jìn)行碼型變換，以適合于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)囊?。?shù)字光纖通信系統(tǒng)普遍采用二進(jìn)制二電平碼，即“有光脈沖”表示“”碼， “無(wú)光脈沖”表示“0”碼。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的具體要求有： (1) 能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量。這樣就可以減小基線漂移、提高

28、輸出功率的穩(wěn)定性和減小碼間干擾， 有利于提高光接收機(jī)的靈敏度。 (2) 能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息。因而應(yīng)盡可能減少連“”碼和連“0”碼的數(shù)目，使“1”碼和“0”碼的分布均勻， 保證定時(shí)信息豐富。 (3) 能提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、誤碼監(jiān)測(cè)和公務(wù)通信。但對(duì)高速光纖通信系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)減少冗余碼，以免占用過(guò)大的帶寬。 10、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中常用的碼型種類。擾碼、mBnB碼 （特點(diǎn)可以查看94） 插入碼第五章1、SDH的優(yōu)點(diǎn)。與PDH相比， SDH具有下列特點(diǎn)：(1) SDH采用世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級(jí)。最低的等級(jí)也就是最基本的模塊稱為STM-1，傳輸速率為155.520Mb/s；

29、4個(gè)STM1 同步復(fù)接組成STM-4，傳輸速率為4×155.52 Mb/s=622.080 Mb/s。(2) SDH各網(wǎng)絡(luò)單元的光接口有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因此， 光接口成為開放型接口，任何網(wǎng)絡(luò)單元在光纖線路上可以互連， 不同廠家的產(chǎn)品可以互通， (3) 在SDH幀結(jié)構(gòu)中，豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、 維護(hù)和管理，便于實(shí)現(xiàn)性能監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)和定位、故障報(bào)告等管理功能。 (4) 采用數(shù)字同步復(fù)用技術(shù)，其最小的復(fù)用單位為字節(jié)，不必進(jìn)行碼速調(diào)整，簡(jiǎn)化了復(fù)接分接的實(shí)現(xiàn)設(shè)備，由低速信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)，或從高速信號(hào)分出低速信號(hào)，不必逐級(jí)進(jìn)行。(5) SDH采用了DXC后，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性及對(duì)

30、各種業(yè)務(wù)量變化的適應(yīng)能力。2、SDH傳輸網(wǎng)的主要組成設(shè)備。SDH終端復(fù)用器TM、分插復(fù)用設(shè)備ADM、數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC等網(wǎng)絡(luò)單元以及連接它們的(光纖)物理鏈路構(gòu)成。3、SDH的幀結(jié)構(gòu)（STM-1）。SDH幀結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字同步時(shí)分復(fù)用、保證網(wǎng)絡(luò)可靠有效運(yùn)行的關(guān)鍵。圖 5.5 給出SDH幀一個(gè)STMN幀有9行，每行由270×N個(gè)字節(jié)組成。這樣每幀共有9×270×N個(gè)字節(jié)，每字節(jié)為8 bit。幀周期為125s，即每秒傳輸8000幀。對(duì)于STM1 而言，傳輸速率為9×270×8×8000=155.520 Mb/s。字節(jié)發(fā)送順序?yàn)椋河缮贤?/p>

31、逐行發(fā)送，每行先左后右。圖 5.5 SDH幀的一般結(jié)構(gòu) 4、SDH的復(fù)用原理。看書作總結(jié)1075、三種誤碼率參數(shù)的概念。誤碼率是衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)劣的非常重要的指標(biāo)，它反映了在數(shù)字傳輸過(guò)程中信息受到損害的程度。 BER是在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼的概率，它對(duì)話音影響的程度取決于編碼方法。（1）劣化分(DM) ：誤碼率為1×10-6時(shí)，感覺不到干擾的影響，選為BERth。選擇取樣時(shí)間T0為 1 min。選擇TL為1個(gè)月。定義誤碼率劣于 1×10-6的分鐘數(shù)為劣化分(DM)。HRX指標(biāo)要求劣化分占可用分(可用時(shí)間減去嚴(yán)重誤碼秒累積的分鐘數(shù))的百分?jǐn)?shù)小于10

32、%。（2）嚴(yán)重誤碼秒(SES) ：由于某些系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)大誤碼率的情況，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量，因此引入嚴(yán)重誤碼秒這個(gè)參數(shù)。選擇監(jiān)測(cè)時(shí)間TL為1個(gè)月，取樣時(shí)間T0為1s。定義誤碼率劣于 1×10-3的秒鐘數(shù)為嚴(yán)重誤碼秒(SES)。HRX指標(biāo)要求嚴(yán)重誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)小于0.2%。（3）誤碼秒(ES) ：選擇監(jiān)測(cè)時(shí)間TL為1個(gè)月，取樣時(shí)間T0為1s， 誤碼率門限值BERth=0。定義凡是出現(xiàn)誤碼(即使只有1bit)的秒數(shù)稱為誤碼秒(ES)。HRX指標(biāo)要求誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)小于8%。相應(yīng)地，不出現(xiàn)任何誤碼的秒數(shù)稱為無(wú)誤碼秒(EFS)， 指標(biāo)要求無(wú)誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)大于92%。6

33、、可靠性及其表示方法。對(duì)光纖通信系統(tǒng)而言，可靠性包括光端機(jī)、中繼器、光纜線路、輔助設(shè)備和備用系統(tǒng)的可靠性。確定可靠性一般采用故障統(tǒng)計(jì)分析法，即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計(jì)足夠長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的故障次數(shù)，確定每?jī)纱喂收系臅r(shí)間間隔和每次故障的修復(fù)時(shí)間。可靠性：是指在規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)無(wú)故障工作的概率，它反映系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力。 1. 可靠性表示方法 (1) 可靠性R和故障率。故障率：是系統(tǒng)工作到時(shí)間t，在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障(功能失效)的概率。的單位為10-9/h, 稱為菲特(fit), 1fit等于在109 h內(nèi)發(fā)生一次故障的概率。(2) 故障率和平均故障間隔時(shí)間MTBF。（3) 可用率A和失效率P

34、F。可用率A是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)的概率（課件）7、損耗對(duì)中繼距離限制的計(jì)算。如果系統(tǒng)傳輸速率較低，光纖損耗系數(shù)較大，中繼距離主要受光纖線路損耗的限制。在這種情況下，要求S和R兩點(diǎn)之間光纖線路總損耗必須不超過(guò)系統(tǒng)的總功率衰減，即 L(f+s+m)Pt-Pr-2c-Me 或者L 式中，Pt 為平均發(fā)射光功率(dBm)，Pr為接收靈敏度(dBm)，c 為連接器損耗(dB)， Me 為系統(tǒng)余量(dB)，f為光纖損耗系數(shù)(dB/km), s為每km光纖平均接頭損耗(dB/km), m為每km光纖線路損耗余量(dB/km), L 為中繼距離(km)。8、色散對(duì)中繼距離限制的計(jì)算。如果系統(tǒng)的

35、傳輸速率較高，光纖線路色散較大， 中繼距離主要受色散(帶寬)的限制。為使光接收機(jī)靈敏度不受損傷， 保證系統(tǒng)正常工作，必須對(duì)光纖線路總色散(總帶寬)進(jìn)行規(guī)范。 我們要討論的問(wèn)題是，對(duì)于一個(gè)傳輸速率已知的數(shù)字光纖線路系統(tǒng)，允許的線路總色散是多少， 并據(jù)此計(jì)算中繼距離。對(duì)于數(shù)字光纖線路系統(tǒng)而言，色散增大，意味著數(shù)字脈沖展寬增加，因而在接收端要發(fā)生碼間干擾，使接收靈敏度降低， 或誤碼率增大。對(duì)于實(shí)際的單模光纖通信系統(tǒng)，受色散限制的中繼距離L可以表示為式中, Fb是線路碼速率(Mb/s)，與系統(tǒng)比特速率不同，它要隨線路碼型的不同而有所變化。C0是光纖的色散系數(shù)(ps/(nm·km)，它取決于工

36、作波長(zhǎng)附近的光纖色散特性。為光源譜線寬度(nm)，對(duì)多縱模激光器(MLMLD)，為rms寬度，對(duì)單縱模激光器(SLMLD), 為峰值下降20 dB的寬度。 是與功率代價(jià)和光源特性有關(guān)的參數(shù)，對(duì)于MLMLD, =0.115, 對(duì)于SLMLD，=0.306。例子：以140 Mb/s單模光纖通信系統(tǒng)為例計(jì)算中繼距離。設(shè)系統(tǒng)平均發(fā)射功率Pt=-3 dBm, 接收靈敏度Pr=-42 dBm，設(shè)備余量Me=3 dB，連接器損耗c=0.3dB/對(duì)，光纖損耗系數(shù)f=0.35 dB/km, 光纖余量m=0.1 dB/km，每km光纖平均接頭損耗s=0.03 dB/km。把這些數(shù)據(jù)代入式(5.8)， 得到中繼距離

37、又設(shè)線路碼型為5B6B, 線路碼速率b=140×(6/5)=168 Mb/s, |C0|=3.0 ps/(nm·km)，=2.5 nm。把這些數(shù)據(jù)代入式(5.16)，得到中繼距離在工程設(shè)計(jì)中，中繼距離應(yīng)取74 km。 在本例中中繼距離主要受損耗限制。 但是，如果假設(shè)|C0|=3.5 ps/(nm·km)，=3 nm，而上述其他參數(shù)不變，根據(jù)式(5.16)計(jì)算得到的中繼距離L65 km， 則此時(shí)中繼距離主要受色散限制，中繼距離應(yīng)確定為65 km。注：對(duì)于波長(zhǎng)為0.85 m的多模光纖，由于損耗大，中繼距離一般在20 km以內(nèi)。單模光纖在長(zhǎng)波長(zhǎng)工作， 損耗大幅度降低，中

38、繼距離可達(dá)100200 km。在1.31m零色散波長(zhǎng)附近，當(dāng)速率超過(guò)1 Gb/s時(shí)， 中繼距離才受色散限制。在1.55 m波長(zhǎng)上，由于色散大，通常要用單縱模激光器，理想系統(tǒng)速率可達(dá)5 Gb/s， 但實(shí)際系統(tǒng)由于光源調(diào)制產(chǎn)生頻率啁啾，導(dǎo)致譜線展寬，速率一般限制為2 Gb/s。采用色散移位光纖和外調(diào)制技術(shù)，可以使速率達(dá)到20 Gb/s以上。 第七章1、光放大器的種類(1)半導(dǎo)體光放大器（SOA）半導(dǎo)體光放大器的優(yōu)點(diǎn)是小型化，容易與其他半導(dǎo)體器件集成； 缺點(diǎn)是性能與光偏振方向有關(guān)，器件與光纖的耦合損耗大。(2)光纖放大器摻鉺光纖放大器（EDFA）分布光纖拉曼放大器（DRA）非線性光纖放大器2、摻鉺光纖放大器的工作原理如圖，在摻鉺光纖(EDF)中，鉺離子(Er3+)有三個(gè)能級(jí)： 其中能級(jí)1代表基態(tài)， 能量最低；能級(jí)2是亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能級(jí)；能級(jí)3代表激發(fā)態(tài)， 能量最高。1）當(dāng)泵浦(Pump, 抽運(yùn))光的光子能量等于能級(jí)3和能級(jí)1的能量差時(shí)，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)(13)。（2）但是激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，Er3+很快返回到能級(jí)2（無(wú)輻射躍遷）。（3）如果輸入的信號(hào)光的光子能量等于能級(jí)2和能級(jí)1的能量差，則處于能級(jí)2的Er3+將躍遷到基態(tài)(21)，產(chǎn)生受激輻射光，因而信號(hào)光得到放大。 注：從摻鉺光纖放大器的工作原理可以看出，光放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號(hào)光的結(jié)果。為提高